Формування β-SiC на поверхні por-Si/mono-Si за механізмом Странського – Крастанова

Анотація

Ми повідомляємо про синтез гетероструктури β-SiC/por-Si/mono-Si гібридним методом, який включає електрохімічне травлення поверхні монокристалічного кремнію з наступною карбідізацією термічним відпалом у атмосфері метану. Такий метод має низку переваг над відомими, оскільки є достатньо дешевим та дозволяє формувати шари карбіду кремнію високої якості. Сформовану структуру було досліджено за допомогою SEM, EDX та XRD методів. В результаті на поверхні por-Si/mono-Si утворився щільний шар            β-SiC, який складається з масиву сфероподібних острівців діаметрами 2–6 μm, вкритих дрібними порами. Геометричні розміри острівців було досліджено за допомогою калібрування зображення зразка в ImageJ. Встановлено, що у досліджуваній області максимальне значення лінійного розміру (діаметр) острівка d_max = 5.95 μm, мінімальне значення d_min = 2.11 μm. Загалом, острівки мають середній діаметр d = 3.72 μm. Розподіл має лівосторонню асиметрію, тобто переважають більш дрібні острівки. Округлість (відношення площі до квадрату більшої вісі) R = 0.86. За результатами EDX аналізу встановлено, що поверхня синтезованої структури складається винятково з атомів вуглецю та кремнію, що свідчить про високу якість сформованих структур. Встановлено, що плівка SiC кристалізується в кубічній сингапії. Утворення острівків пояснено за допомогою layer-plus-island моделі росту за механізмом Странського – Крастанова, який характеризується утворенням щільного змочувального шару з ансамблем масивних острівців на поверхні. Показано, що por-Si є надійним буферним шаром, який зменшує пружні напруження, що виникають на межі розділу SiC–Si, і дозволяє мінімізувати вплив невідповідності параметрів кристалічних ґраток на процеси карбідізації кремнію. Необхідно також зазначити, що поруваті шари SiC острівкового типу можуть, в свою чергу, показати перспективність як буфери при гетероепітаксії матеріалів на кремнієві підкладки.